Ein flexibler Standard für alle kompakten Zug- und Streckenapplikationen

Das Venturo-Vehicle-Management-System für Busse und Bahnen basiert auf einem COMe-SP1-Computer-on-Module und zwei applikationsspezifischen Carrierboards.Kontron

Auch wenn die individuellen Applikationen im Schienenverkehr sehr unterschiedlich sind, weisen sie dennoch gemeinsame Anforderungen hinsichtlich Flexibilität, Langzeitverfügbarkeit, Zuverlässigkeit und Performance auf. Das Einsatzgebiet ist durch extreme Umgebungsbedingungen, ununterbrochenen Betrieb und ständig steigende Leistungsanforderungen gekennzeichnet. Fortschrittliche Embedded-Computing-Plattformen sind ein wichtiger Bestandteil, um diese Anforderungen zu erfüllen und unterstützen die Entwicklung von innovativen, leistungsstarken Applikationen für mehr Komfort und Sicherheit bei wachsenden Passagierzahlen.

Mehr Intelligenz und zunehmende Vernetzungsmöglichkeiten

Railway-Applikationen, egal ob on-board im Zug oder am Streckenrand, benötigen dafür ständig mehr Intelligenz und zunehmende Vernetzungsmöglichkeiten bei gleichzeitig höchster Robustheit und Zuverlässigkeit. Dabei steigen auch die Anforderungen an die Funktionalität und Vielseitigkeit ständig. So integrieren die Applikationen eine Vielzahl von drahtlosen Schnittstellen wie WiFi, GSM/3G und GPS. Dies betrifft Fahrscheinautomaten und Outdoor-Passagier-Informationssysteme an Haltestellen genauso wie On-board-Installationen bei Fahrgastinformationssysteme oder Kommunikations- und Steuerungssysteme.

Systeme für den Schienenverkehr benötigen darüber hinaus auch Design Expertise im EN50155-Standard, der alle Charakteristika der elektronischen Ausrüstung in Eisenbahnfahrzeugen definiert und gewährleisten soll, dass elektronische Systeme selbst unter rauesten Umgebungsbedingungen fehlerfrei und zuverlässig über die gesamte Systemlebensdauer funktionieren. Sowohl diese hohen Zuverlässigkeitsanforderungen wie auch die zu integrierende Flexibilität und Vielseitigkeit über ein individualisiertes Design sollte der zugrunde liegende COTS-Standard erfüllen.

Computer-on-Module (COM) bilden die sehr gute Basis, um alle diese Anforderungen in einem hoch integrierten Semi-Customized-Design umzusetzen. COMs sind nahezu vollständige Single-Board-Computer, die auf ein applikationsspezifisches Carrierboard gesteckt werden. Das Carrierboard führt die applikationsspezifischen I/Os und Peripherie aus. Damit sind COMs bestens geeignet für Embedded-Computing-Lösung für kompakte Devices und Applikationen mit kleinem Footprint, hoher Performance, geringer Leistungsaufnahme und flexiblem Design. Zudem ermöglichen COM-basierte Designs einen langjährigen Migrationspfad durch einen einfachen Austausch des Moduls und sind damit eine langzeitstabile Lösung.

1998 läutete Kontron mit der Vorstellung von DIMM-PC die Erfolgsgeschichte der x86er-basierten COMs ein, für die Kontron auch noch heute Support anbietet. Im Jahr 2000 folgte der De-facto-Industriestandard ETX mit PCI, ebenfalls entwickelt von Kontron. Auch ETX-Applikationen versorgt das Unternehmen heute noch mit aktueller Prozessortechnologie, wie beispielsweise mit den AMD Embedded-G-Series-APUs, was den Lifecycle solcher Applikationen um weitere sieben Jahre verlängert. Für Neu-Designs empfiehlt Kontron den die modernsten Schnittstellen unterstützenden PICMG-Standard COM Express.

Vier unterschiedliche Modulgrößen

Als globaler, herstellerunabhängiger Standard vereinigt er nicht nur die größte Auswahl an Modulen, sondern auch Formfaktoren und unterstützenden Services in einer Spezifikation. Er definiert aktuell vier unterschiedliche Modulgrößen, vom kaum verwendeten extended (110 mm x 155 mm) über basic (125 mm x 95) und compact (95 mm x 95 mm) bis hin zum nur kreditkartengroßen mini (55 mm x 84 mm) für Ultra-low-power-Devices.

Kontron entwickelt auch robuste Display-Computer-Systeme wie den HMITR – ein lüfterloser und wartungsfreier, EN50155-konformer Panel-PC, speziell für Zugapplikationen. Auch er basiert auf einem Atom-Prozessor.Kontron

Robustheit integriert

Neben der hohen mechanischen Skalierbarkeit bietet COM Express zudem eine hohe I/O-Vielfalt unter Beibehaltung der Kompatibilität. So erfolgt die Verbindung zwischen COM und Carrierboard über ein oder zwei robuste Konnektoren mit jeweils 220 Kontakten. Dabei ist der Steckverbinder von Haus aus so gestaltet, dass er äußerst unempfindlich gegenüber mechanischen Belastungen wie Schocks und Vibrationen ist. Standardisierte Montagelöcher für eine Verschraubung von COM inklusive Kühllösung und Carrierboard erhöhen die Stabilität zusätzlich. Die Positionierung der Montagelöcher durch die COM-Express-Spezifikation ist vorgegeben.

Geringe TDP für thermische Zuverlässigkeit

COM Express-basierte Designs erfüllen auch die hohen thermischen Anforderungen der Railway-Industrie: Je nach Einsatzszenario müssen die Applikationen laut EN50155 nicht nur im erweiterten Temperaturbereich E2 (-40 bis +85 °C) fehlerfrei arbeiten. Zusammen mit der geforderten hohen Zuverlässigkeit scheidet damit eine aktive Kühlung aus. Daher sollten die Module vor allem höchst energieeffiziente Prozessortechnologie mit geringer TDP (Thermal Design Power) aufweisen. Als ideal für die Entwicklung besonders robuster, lüfterloser und langzeitverfügbarer Railway-Applikationen im erweiterten Temperaturbereich werden daher kompakte COM-Express-Module mit Low-power-Prozessoren angesehen. Die COM Express mini und compact erfüllen dieses Anforderungsprofil.

Das Kontron-COM-Express-Portfolio auf Basis der Intel-Atom-Prozessoren für Zug- und Streckenapplikationen reicht von robusten COM-Express-mini-Modulen bis hin zu COM-Express-compact-Modulen. Für noch mehr Performance sind auch COM-Express-basic-Module verKontron

Kreditkartengroße Module

COM-Express-Mini-Module eignen sich sehr gut für aktuelle intelligente und miniaturisierte Zug- und Wayside-Geräte. Mit ihrer Größe von nur 55 mm x 84 mm bieten diese Module die volle, vielseitige x86er-Intelligenz in einem smarten kreditkartengroßen Format und integrieren gelötete Speicher und SSD Flash on-board. Das COMe-mTT10 ist das erste COM-Express-Mini-Modul mit dem COM-Express-Pinout-Typ 10 und arbeitet im erweiterten E2-Temperaturbereich von -40 bis +85 °C. Nicht nur die integrierte Intel-Atom-Prozessor-E6xx-Serie, welche für den erweiterten Temperaturbereich entwickelt wurde, sondern auch alle weiteren Komponenten des Moduls sind für sehr kompakte, energiesparende, komplett geschlossene und lüfterlose Geräte unter harten Einsatzbedingungen ausgelegt.

Dazu tragen auch die interessanten Speicher-Optionen des COMe-mTT10 bei. So werden die zwei SATA-Schnittstellen des Moduls zum COM-Konnektor ausgeführt. Ein auf das Modul gelöteter Micro-SD-Sockel für Applikationsdaten wird über SDIO angebunden. Alternativ kann der zweite SATA Port aber auch für einen On-Board-Flash-Speicher genutzt werden. So erhält man eine besonders robuste und sehr kleine Lösung inklusive nichtflüchtigem Speicher für Betriebssystem und Applikationsdaten.

Der lüfterlose Betrieb sorgt für einen reibungslosen Einsatz, selbst unter extremen Bedingungen. Die Langzeitverfügbarkeit ist ein weiteres Argument: fünf Jahre Produktverfügbarkeit plus eine zweijährige Übergangsperiode nach dem EOL sind geplant. Kontrons Long-Lifecycle-Services ermöglichen darüber hinaus ein erweitertes EOL-Management, was bei Langzeitinstallationen für Railway-Applikationen von essenzieller Bedeutung ist.

25 Prozent mehr Rechenleistung

COM-Express-Compact-Module mit einer Größe von 95 mm x 95 mm bieten eine deutlich höhere Kapazität für ein breiteres Schnittstellenangebot. Ausgestattet mit Typ 6 Pinout unterstützt das neue COMe-cCT6-Computer-on-Module bis zu drei Digital- Display-Interfaces für Applikationen auf Basis nur einer Computing-Plattform wie beispielsweise Multi-Screen-In-Seat-Installationen oder POS/POI-Terminals. Im Vergleich zu Plattformen auf Basis der zweiten Generation der Atom-Prozessoren bietet es doppelte Grafikleistung, bis zu 28 Prozent mehr Rechenleistung bei nur halber TDP.

Das neue Modul COMe-cCT6 ist mit 1,6 GHz oder 1,86 GHz Dualcore Atom-Prozessoren ausgestattet (N2600, N2800 und D2550) und bietet bis zu 4 GByte schnellen DDR3 800/1600-Arbeitsspeicher. Optional auf dem Board integrierte Flash-Speicher optimieren Robustheit und Baugröße weiter.

Reale Applikationen

COM Express-Module werden beispielsweise im Venturo-Vehicle-Management-System für Busse und Bahnen und dem robusten Display-Computer HMITR genutzt. Das Bahn-konforme System zeichnet sich durch einen erweiterten Temperaturbereich (EN50155 T3) aus und ist bereits ab Werk für die wichtigsten Bahnnormen (EN50155, EN50121-3-2, EN61373, EN60950) vorbereitet und CEN TS 45545-1 konform.

(ah)